คู่มือการเลือกเซ็นเซอร์ MEMS: ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติสําหรับวิศวกรออกแบบ

เมื่อคุณอยู่ในการออกแบบผลิตภัณฑ์ใหม่อย่างลึกซึ้ง และต้องการเพิ่มความสามารถในการตรวจจับการเคลื่อนไหว การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม หรือการวัดที่แม่นยํา เซ็นเซอร์ MEMS มักจะกลายเป็นโซลูชันที่เหมาะสมที่สุด แต่ด้วยอุปกรณ์ MEMS หลายร้อยเครื่องในตลาด ซึ่งแต่ละเครื่องอ้างว่ามีประสิทธิภาพที่เหนือกว่า คุณจะเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมกับแอปพลิเคชันของคุณได้อย่างไร

คู่มือนี้จะอธิบายข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติที่สําคัญเมื่อเลือกเซ็นเซอร์ MEMS สําหรับการออกแบบในโลกแห่งความเป็นจริง เราจะกล่าวถึงพารามิเตอร์หลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบ หารือเกี่ยวกับการแลกเปลี่ยนที่คุณจะต้องเผชิญระหว่างการเลือกส่วนประกอบ และเน้นข้อผิดพลาดในการผสานรวมทั่วไปที่อาจทําให้กําหนดการออกแบบของคุณตกราง

สารบัญ

1. [สิ่งที่เทคโนโลยี MEMS นํามาสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่] (#1-what-mems-technology-bring to modern-electronics)
2. [ประเภทเซ็นเซอร์ MEMS หลักและหลักการทํางาน] (#2-key-mems-sensor-types-and-operating-principles)
3. [พารามิเตอร์การเลือกที่สําคัญที่คุณไม่สามารถเพิกเฉยได้] (#3-critical-selection-parameters-you-cant-ignore)
4. [เกณฑ์การคัดเลือกเฉพาะแอปพลิเคชัน] (#4-เกณฑ์การคัดเลือกเฉพาะแอปพลิเคชัน)
5. [ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับเค้าโครงและการรวม PCB] (ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับเค้าโครงและการรวม #5-pcb)
6. ข้อผิดพลาดในการออกแบบทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง
7. คําถามที่พบบ่อย
8. สรุป

1. เทคโนโลยี MEMS นําอะไรมาสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่

MEMS—Micro-Electro-Mechanical Systems—รวมองค์ประกอบทางกล เซ็นเซอร์ แอคทูเอเตอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไว้บนพื้นผิวซิลิกอนเดียว เทคโนโลยีนี้เติบโตขึ้นอย่างมากในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา และตอนนี้เซ็นเซอร์ MEMS จัดการงานที่ก่อนหน้านี้ต้องใช้ส่วนประกอบแยกขนาดใหญ่และใช้พลังงานมาก

ข้อได้เปรียบที่สําคัญของ MEMS คือการผสมผสานระหว่างฟอร์มแฟคเตอร์ขนาดเล็ก การใช้พลังงานต่ํา และความสามารถในการปรับขนาดการผลิตเป็นชุด มาตรความเร่ง MEMS ในแพ็คเกจ LGA ขนาด 3x3 มม. สามารถให้ประสิทธิภาพที่ต้องใช้เซ็นเซอร์ที่ใหญ่ขึ้นสิบเท่าเมื่อสิบห้าปีก่อน การลดขนาดนี้มีความสําคัญไม่เพียง แต่สําหรับอุปกรณ์สวมใส่สําหรับผู้บริโภคเท่านั้น แต่ยังมีความสําคัญไม่แพ้กันในตัวควบคุมอุตสาหกรรมที่มีพื้นที่จํากัดและระบบความปลอดภัยของยานยนต์

อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ MEMS ไม่ได้ปราศจากการแลกเปลี่ยน โครงสร้างทางกลภายในเซ็นเซอร์เหล่านี้มีความอ่อนไหวต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อมผลกระทบจากความร้อนและการเบี่ยงเบนในระยะยาว การทําความเข้าใจข้อจํากัดเหล่านี้ล่วงหน้าจะช่วยให้คุณไม่ต้องออกแบบใหม่ที่มีค่าใช้จ่ายสูงในภายหลัง

2. ประเภทเซ็นเซอร์ MEMS ที่สําคัญและหลักการทํางาน

เซ็นเซอร์ MEMS ประเภทต่างๆ ใช้หลักการทางกายภาพที่แตกต่างกันเพื่อวัดพารามิเตอร์เป้าหมาย การรู้ว่าเซ็นเซอร์ทํางานอย่างไรจะช่วยให้คุณเข้าใจจุดแข็งและจุดอ่อนของเซ็นเซอร์

มาตรความเร่ง วัดความเร่งเชิงเส้นโดยใช้มวลพิสูจน์ที่แขวนอยู่ด้วยลําแสงที่ยืดหยุ่นได้ เมื่อเกิดการเร่งความเร็วมวลพิสูจน์จะเคลื่อนย้ายและองค์ประกอบการตรวจจับแบบ capacitive, piezoresistive หรือเพียโซอิเล็กทริกจะตรวจจับการเคลื่อนไหวนี้ การตรวจจับแบบ Capacitive ครอบงํามาตรความเร่ง MEMS สําหรับผู้บริโภคและอุตสาหกรรม เนื่องจากใช้พลังงานต่ําและประสิทธิภาพเสียงรบกวนที่ดี

ไจโรสโคป วัดความเร็วเชิงมุมผ่านเอฟเฟกต์โคริโอลิส มวลป้องกันการสั่นสะเทือนจะประสบกับแรงโคริโอลิสเมื่อเซ็นเซอร์หมุน ทําให้เกิดการกระจัดในแนวตั้งฉากกับทั้งทิศทางการสั่นสะเทือนและแกนหมุน การกระจัดนี้วัดด้วยความจุ ไจโร MEMS มีความซับซ้อนมากกว่ามาตรความเร่งและโดยทั่วไปจะใช้พลังงานมากกว่า

เซ็นเซอร์ความดัน ใช้ไดอะแฟรมที่ยืดหยุ่นซึ่งเบี่ยงเบนภายใต้แรงกดที่ใช้ องค์ประกอบ Piezoresistive บนไดอะแฟรมเปลี่ยนความต้านทานด้วยความเค้นเชิงกลทําให้สามารถวัดความดันได้ เซ็นเซอร์ความดัน MEMS มีตั้งแต่อุปกรณ์ความดันสัมบูรณ์สําหรับการวัดบรรยากาศไปจนถึงเซ็นเซอร์ความดันแตกต่างสําหรับการตรวจสอบการไหล

ไมโครโฟน แปลงความดันเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยใช้เมมเบรนแบบยืดหยุ่นและแผ่นรองหลังแบบตายตัว คลื่นเสียงทําให้เกิดการโก่งตัวของเมมเบรนเปลี่ยนความจุ ไมโครโฟน MEMS ได้เข้ามาแทนที่ไมโครโฟนคอนเดนเซอร์อิเล็กเตรตในสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์ IoT เป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่าและความเข้ากันได้ในการประกอบอัตโนมัติ

เซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมวัดอุณหภูมิ ความชื้น และความเข้มข้นของก๊าซ เซ็นเซอร์อุณหภูมิ MEMS มักใช้ไดโอดความร้อนหรือตัวต้านทาน เซ็นเซอร์ความชื้นอาศัยการตรวจจับแบบ capacitive หรือตัวต้านทานด้วยวัสดุอิเล็กทริกที่ไวต่อความชื้น เซ็นเซอร์ก๊าซใช้ฟิล์มโลหะออกไซด์ที่ให้ความร้อนซึ่งความต้านทานจะเปลี่ยนไปเมื่อสัมผัสกับก๊าซ

3. พารามิเตอร์การเลือกที่สําคัญที่คุณไม่สามารถเพิกเฉยได้

เมื่อประเมินเซ็นเซอร์ MEMS พารามิเตอร์หลายตัวจะส่งผลโดยตรงต่อการออกแบบของคุณจะตรงตามข้อกําหนดด้านประสิทธิภาพหรือไม่

ช่วงการวัดและความละเอียด

ช่วงการวัดต้องครอบคลุมสภาพการทํางานของแอปพลิเคชันของคุณด้วยระยะขอบ มาตรความเร่งสําหรับการตรวจจับการชนของยานพาหนะต้องการช่วง ±50g หรือสูงกว่า ในขณะที่เครื่องติดตามฟิตเนสที่สวมใส่ได้ทํางานได้ดีกับ ±2g หรือ ±4g โดยทั่วไปแล้วช่วงที่สูงขึ้นจะมาพร้อมกับความละเอียดที่ลดลง คุณไม่สามารถรับทั้งช่วงสูงสุดและความละเอียดที่ดีที่สุดในอุปกรณ์เครื่องเดียว

ความละเอียดจะกําหนดการเปลี่ยนแปลงที่ตรวจพบได้น้อยที่สุดในพารามิเตอร์ที่วัดได้ สําหรับการติดตามการวางแนวที่แม่นยําคุณต้องใช้มาตรความเร่งที่มีความละเอียดต่ํากว่ามก. สําหรับการตรวจจับการเคลื่อนไหวอย่างง่ายความละเอียด 10 มก. ก็เพียงพอแล้ว ตรวจสอบข้อมูลจําเพาะความละเอียดของแผ่นข้อมูลอย่างรอบคอบ โดยผู้ขายบางรายอ้างสัญญาณรบกวน RMS เป็น μg/√Hz ซึ่งต้องมีการรวมผ่านแบนด์วิดท์สัญญาณของคุณเพื่อกําหนดความละเอียดจริง

ประสิทธิภาพเสียงรบกวน

สัญญาณรบกวนจํากัดความสามารถของระบบในการตรวจจับสัญญาณขนาดเล็ก เซ็นเซอร์ MEMS แสดงแหล่งกําเนิดเสียงหลายแหล่ง: สัญญาณรบกวนทางกลและความร้อนจากมวลพิสูจน์สัญญาณรบกวนอิเล็กทรอนิกส์จากวงจรการอ่านข้อมูลและสัญญาณรบกวนเชิงปริมาณจาก ADC

มาตรความเร่งและไจโรสโคประบุความหนาแน่นของเสียงรบกวนเป็น μg/√Hz หรือ °/s/√Hz ในการคํานวณสัญญาณรบกวนทั้งหมดในแอปพลิเคชันของคุณ ให้คูณความหนาแน่นของสัญญาณรบกวนด้วยรากที่สองของแบนด์วิดท์สัญญาณของคุณ ไจโรสโคปที่มีความหนาแน่นของสัญญาณรบกวน 0.01°/s/√Hz ที่ใช้กับแบนด์วิดท์ 100Hz จะสร้างสัญญาณรบกวน RMS ประมาณ 0.1°/s

การออกแบบที่มีเสียงรบกวนต่ําต้องให้ความสนใจอย่างรอบคอบกับการกรองแหล่งจ่ายไฟและเค้าโครง PCB เราจะกล่าวถึงข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับเลย์เอาต์ในส่วนที่ 5

การใช้พลังงาน

เซ็นเซอร์ MEMS เป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ํา แต่ "พลังงานต่ํา" หมายถึงสิ่งที่แตกต่างกันในการใช้งาน มาตรความเร่ง MEMS อาจกินไฟ 10μA ในโหมดเครื่องนับก้าวแบบเปิดตลอดเวลา ทําให้เหมาะสําหรับอุปกรณ์สวมใส่ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ อุปกรณ์เดียวกันในโหมดประสิทธิภาพสูงอาจดึง 200μA ซึ่งยังคงเป็นที่ยอมรับสําหรับอุปกรณ์ที่ใช้ USB แต่มีปัญหาสําหรับการใช้งานเซลล์แบบเหรียญ

เซ็นเซอร์ MEMS จํานวนมากมีโหมดพลังงานหลายโหมด การทําความเข้าใจรอบการทํางานและข้อกําหนดด้านประสิทธิภาพจะช่วยให้คุณเลือกอุปกรณ์และโหมดการทํางานที่สร้างสมดุลระหว่างพลังงานและประสิทธิภาพ อย่ามองข้ามกระแสไฟสแตนด์บาย—แม้แต่ไมโครแอมป์สองสามตัวของกระแสไฟสแตนด์บายก็มีความสําคัญในการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ําเป็นพิเศษ

อัตราข้อมูลเอาต์พุตและแบนด์วิดท์

อัตราข้อมูลเอาต์พุต (ODR) กําหนดความถี่ที่เซ็นเซอร์ให้การอ่านที่อัปเดต ODR ที่คุณต้องการขึ้นอยู่กับความถี่สัญญาณที่คุณต้องการจับภาพ ตามทฤษฎีบท Nyquist คุณต้องมีความถี่สัญญาณสูงสุดอย่างน้อย 2 เท่า แต่ในทางปฏิบัติ การสุ่มตัวอย่างเกิน 5-10 เท่าให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

สําหรับการตรวจสอบการสั่นสะเทือน คุณอาจต้องใช้ ODR ที่ 1kHz หรือสูงกว่า สําหรับการตรวจจับการเอียง 10-50Hz ก็เพียงพอแล้ว โดยทั่วไปแล้ว ODR ที่สูงขึ้นจะเพิ่มการใช้พลังงาน ดังนั้นให้เลือกอัตราขั้นต่ําที่ตรงกับความต้องการของคุณ

แบนด์วิดท์แบบอะนาล็อกของเซ็นเซอร์ก็มีความสําคัญเช่นกัน เซ็นเซอร์บางตัวกรองเอาต์พุตแบบดิจิทัล ซึ่งอาจทําให้เกิดการหน่วงเวลาเฟสได้ ตรวจสอบว่าการหน่วงเวลากลุ่มของเซ็นเซอร์เป็นที่ยอมรับสําหรับการใช้งานของคุณหรือไม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในลูปควบคุมหรือการวัดที่มีความสําคัญต่อเวลา

ความเสถียรของอุณหภูมิและการสอบเทียบ

เซ็นเซอร์ MEMS แสดงการเปลี่ยนแปลงออฟเซ็ตและความไวตามอุณหภูมิ มาตรความเร่งอาจเห็นการเบี่ยงเบนออฟเซ็ต 1-2 มก./°C และความไวเบี่ยงเบนที่ 0.01-0.02%/°C สําหรับการใช้งานที่มีความแม่นยํา คุณต้องมีการสอบเทียบจากโรงงานหรือการสอบเทียบในระบบเพื่อชดเชยผลกระทบของอุณหภูมิ

ตรวจสอบว่าเซ็นเซอร์มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิในตัวสําหรับการชดเชยการดริฟท์หรือไม่ อุปกรณ์บางอย่างมีค่าสัมประสิทธิ์การชดเชยอุณหภูมิที่ตั้งโปรแกรมไว้จากโรงงานซึ่งจัดเก็บไว้ในหน่วยความจําแบบไม่ลบเลือน สําหรับการใช้งานที่สําคัญ ให้วางแผนที่จะใช้การสอบเทียบอุณหภูมิแบบหลายจุดของคุณเองในระหว่างการผลิต

อินเทอร์เฟซและการบูรณาการ

โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ MEMS จะใช้อินเทอร์เฟซเอาต์พุต I2C, SPI หรืออะนาล็อก I2C ช่วยลดความยุ่งยากของบัสหลายอุปกรณ์ แต่จํากัดปริมาณงานไว้ที่ 400kHz (โหมดเร็ว) หรือ 1MHz (โหมดเร็วบวก) SPI รองรับอัตราข้อมูลที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสําคัญสําหรับการใช้งานที่มี ODR สูงหรือเมื่ออ่านเซ็นเซอร์หลายตัวพร้อมกัน

ฟังก์ชันการขัดจังหวะมีความสําคัญสําหรับการออกแบบที่มีข้อจํากัดด้านพลังงาน มองหาเซ็นเซอร์ที่มีการตรวจจับการเคลื่อนไหวที่ตั้งโปรแกรมได้ การข้ามเกณฑ์ หรือการขัดจังหวะลายน้ํา FIFO คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้ MCU ของคุณอยู่ในโหมดสลีปจนกว่าเซ็นเซอร์จะตรวจพบเหตุการณ์ที่ควรค่าแก่การประมวลผล

4. เกณฑ์การคัดเลือกเฉพาะแอปพลิเคชัน

แอปพลิเคชันที่แตกต่างกันจัดลําดับความสําคัญของพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน ต่อไปนี้เป็นวิธีจํากัดการเลือกของคุณให้แคบลงตามตลาดเป้าหมายของคุณ

การใช้งานยานยนต์

เซ็นเซอร์ MEMS ในยานยนต์ต้องเป็นไปตามมาตรฐานคุณสมบัติ AEC-Q100 และทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือในช่วง -40°C ถึง +125°C (หรือ +150°C สําหรับการใช้งานใต้ฝากระโปรงหน้า) มาตรความเร่งตรวจจับการชนต้องการเวลาตอบสนองที่รวดเร็วมากและอัตราการรอดชีวิตจากการกระแทกสูง ซึ่งมักจะมีความทนทานต่อแรงกระแทกทางกล ±2000 กรัมหรือสูงกว่า

ระบบควบคุมเสถียรภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) และระบบตรวจจับการพลิกคว่ําต้องใช้มาตรความเร่งและเซ็นเซอร์ไจโรสโคปที่ตรงกันด้วยความคลาดเคลื่อนในการสอบเทียบที่เข้มงวด การออกแบบยานยนต์จํานวนมากใช้หน่วยวัดแรงเฉื่อย (IMU) แบบ 6 แกนที่รวมมาตรความเร่ง 3 แกนและไจโรสโคป 3 แกนไว้ในแพ็คเกจเดียว

สําหรับระบบตรวจสอบแรงดันลมยาง (TPMS) คุณต้องมีเซ็นเซอร์ความดัน MEMS ที่จัดการกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงภายในยาง: แรงเหวี่ยงสูง อุณหภูมิแกว่งกว้าง และความน่าเชื่อถือในระยะยาว มองหาอุปกรณ์ที่มีมรดกทางยานยนต์ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและข้อกําหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่แข็งแกร่ง

| พารามิเตอร์ | การตรวจจับการชน | Synology Inc. ESC/โรลโอเวอร์ | TPMS | TPMS | |---|---|---|---| | ประเภทเซนเซอร์ | มาตรความเร่ง | IMU 6 แกน | ความดัน | | ช่วง | ±50g ถึง ±400g | ±2g Accel, ไจโร ±300°/s | 100-450 kPa สัมบูรณ์ | | เวลาตอบสนอง | <0.5ms | <10ms | <10ms | | ช่วงอุณหภูมิ | -40 ถึง +105°C | -40 ถึง +105°C | -40 ถึง +125°C | | คุณสมบัติ | AEC-Q100 | AEC-Q100 | AEC-Q100 | | การพิจารณาที่สําคัญ | การอยู่รอดจากการกระแทก >2000g | ความไวของแกนไขว้ที่แน่น | มิซูมิ ความมั่นคงในระยะยาว |

การใช้งานยานยนต์ต้องการการตรวจสอบความถูกต้องและการทดสอบความน่าเชื่อถืออย่างกว้างขวาง คํานึงถึงระยะเวลาการคัดเลือก 12-18 เดือนเมื่อเลือกส่วนประกอบสําหรับการออกแบบยานยนต์

แอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรมและ IoT

เซ็นเซอร์อุตสาหกรรมต้องการความเสถียรและการทํางานในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย เช่น การสั่นสะเทือน การหมุนเวียนของอุณหภูมิ ความชื้น และบางครั้งการสัมผัสสารเคมี ระบบตรวจสอบสภาพใช้มาตรความเร่ง MEMS เพื่อตรวจจับการสึกหรอของตลับลูกปืน ความไม่สมดุลของมอเตอร์ และการเสื่อมสภาพของเครื่องจักร

สําหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนคุณต้องมีมาตรความเร่งที่มีแบนด์วิดท์กว้าง (มักจะเป็น DC ถึงหลาย kHz) และเสียงรบกวนต่ํา เครื่องวัดความเร่ง MEMS แบบเพียโซอิเล็กทริกทํางานได้ดีสําหรับการตรวจสอบการสั่นสะเทือน เนื่องจากจัดการเนื้อหาความถี่สูงได้ดีกว่าอุปกรณ์แบบ capacitive อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่ได้วัดความเร่ง DC ดังนั้นจึงไม่เหมาะสําหรับการตรวจจับการเอียง

โหนดเซ็นเซอร์ IoT ให้ความสําคัญกับการใช้พลังงานต่ําเป็นพิเศษและการเชื่อมต่อไร้สาย เครื่องตรวจสอบสิ่งแวดล้อมที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่อาจใช้เซ็นเซอร์ความดัน MEMS สําหรับการติดตามระดับความสูง เซ็นเซอร์คอมโบอุณหภูมิ/ความชื้น และไมโครโฟน MEMS สําหรับการตรวจจับเหตุการณ์ทางเสียง กระแสไฟของระบบทั้งหมดในโหมดสลีปอาจเป็นเพียงไม่กี่ไมโครแอมป์

การใช้งานในอุตสาหกรรมมักต้องการเอาต์พุตลูปกระแสไฟ 4-20mA หรืออินเทอร์เฟซแบบแยกสําหรับสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่รุนแรง เซ็นเซอร์ MEMS จํานวนมากไม่มีเอาต์พุตกระแสแอนะล็อกโดยกําเนิด ดังนั้นคุณจะต้องมีวงจรปรับสภาพสัญญาณ

เครื่องใช้ไฟฟ้า

อุปกรณ์สําหรับผู้บริโภคขับเคลื่อนการขยายขนาดการผลิต MEMS ครั้งใหญ่ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา โดยทั่วไปสมาร์ทโฟนจะมีเซ็นเซอร์ MEMS 6-10 ตัว: มาตรความเร่ง, ไจโรสโคป, เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก, เซ็นเซอร์ความดันบรรยากาศ, ไมโครโฟนหลายตัว และบางครั้งก็มีเซ็นเซอร์ความใกล้ชิด

สําหรับอุปกรณ์สวมใส่และเครื่องติดตามฟิตเนสขนาดและการใช้พลังงานเป็นสิ่งสําคัญยิ่ง มองหามาตรความเร่งในแพ็คเกจย่อย 2 มม. ที่มีกระแสไฟทํางาน 10-20μA มาตรความเร่ง MEMS ที่ทันสมัยจํานวนมากมีเครื่องนับก้าวฮาร์ดแวร์ที่นับก้าวโดยไม่มีการแทรกแซงของ MCU ซึ่งช่วยลดพลังงานของระบบลงอย่างมาก

หูฟังไร้สายที่แท้จริงผลักดันการพัฒนาไมโครโฟน MEMS ไปข้างหน้า ไมโครโฟนเหล่านี้ต้องพอดีกับพื้นที่ขนาดเล็กอย่างไม่น่าเชื่อในขณะที่รักษาอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่ดีและจัดการกับระดับความดันเสียงสูง การออกแบบไมโครโฟนคู่พร้อมอัลกอริธึมบีมฟอร์มมิ่งให้การตัดเสียงรบกวนแม้ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง

ใบสมัคร	เซนเซอร์คีย์	มิซูมิ พารามิเตอร์ที่สําคัญ	แพ็กเกจทั่วไป	งบประมาณด้านพลังงาน
สมาร์ทโฟน	IMU 6 แกน, ความดัน, ไมโครโฟน	MIU	เสียงรบกวนต่ํา ขนาดเล็ก ทนทาน	มิซูมิ 2.5x3 มม. LGA
เครื่องติดตามฟิตเนส	มาตรความเร่ง 3 แกน	มิซูมิ เครื่องนับก้าวพลังงานต่ําพิเศษ LGA 2x2 มม.	ค่าเฉลี่ย 10-30μA
หูฟัง TWS	ไมโครโฟน MEMS	MIMS SNR >64dB ขนาดเล็ก	3.5x2.6 มม.	N/A (เปิดตลอดเวลา)
สมาร์ทวอทช์	IMU 6 แกน, ความดัน, ไมโครโฟน	พลังงานต่ํา การตรวจจับท่าทางสัมผัส	Synology Inc. 2.5x3 มม. LGA	20-100μA เฉลี่ย

สินค้าอุปโภคบริโภคต้องเผชิญกับแรงกดดันด้านต้นทุนอย่างรุนแรง การออกแบบปริมาณมากได้รับประโยชน์จากกลยุทธ์การจัดหาแบบคู่ แต่โปรดทราบว่าเซ็นเซอร์ของผู้จําหน่ายแต่ละรายแทบจะไม่มีลักษณะการทํางานที่เหมือนกัน หากคุณวางแผนที่จะเปลี่ยนซัพพลายเออร์ ให้จัดสรรเวลาสําหรับการสอบเทียบใหม่และการปรับแต่งเฟิร์มแวร์

อุปกรณ์ทางการแพทย์และการดูแลสุขภาพ

การใช้งานทางการแพทย์ต้องการความน่าเชื่อถือที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ซึ่งมักต้องใช้ระบบการจัดการคุณภาพ ISO 13485 จากซัพพลายเออร์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สวมใส่ได้—เครื่องวัดระดับน้ําตาลแบบต่อเนื่อง, เครื่องวัดการเต้นของหัวใจ, เครื่องติดตามระบบทางเดินหายใจ—ใช้เซ็นเซอร์ MEMS สําหรับการติดตามผู้ป่วย

สําหรับการตรวจวัดระบบทางเดินหายใจ เซ็นเซอร์ความดัน MEMS จะวัดความดันแตกต่างข้ามองค์ประกอบจํากัดการไหลเพื่อคํานวณปริมาณลมหายใจ เซ็นเซอร์เหล่านี้ต้องการความเป็นเส้นตรงและความสามารถในการทําซ้ําที่ยอดเยี่ยมในช่วงแรงดันที่เกี่ยวข้อง (โดยทั่วไปคือ ±2 kPa)

การวัดอิมพีแดนซ์ทางชีวภาพสําหรับการวิเคราะห์องค์ประกอบของร่างกายบางครั้งใช้มาตรความเร่ง MEMS เพื่อตรวจจับตําแหน่งของร่างกาย ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยําในการวัด มาตรความเร่งเหล่านี้ต้องการการชดเชยที่เสถียรเมื่ออุณหภูมิ เนื่องจากแม้แต่ข้อผิดพลาดในการเอียงเพียงเล็กน้อยก็แปลเป็นสิ่งประดิษฐ์ในการวัด

ไทม์ไลน์ของอุปกรณ์การแพทย์มีระยะเวลานานเนื่องจากข้อกําหนดด้านกฎระเบียบ เลือกเซ็นเซอร์ MEMS ที่ได้รับการยอมรับแล้วว่ามีอายุการใช้งานยาวนาน คุณคงไม่ต้องการให้เซ็นเซอร์ที่คุณเลือกล้าสมัยระหว่างการรับรอง

5. ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับเค้าโครง PCB และการรวม

แม้แต่เซ็นเซอร์ MEMS ที่ดีที่สุดก็ยังทํางานได้ไม่ดีด้วยเลย์เอาต์ PCB ที่ไม่ดี นี่คือสิ่งที่สําคัญจริงๆ จากประสบการณ์ภาคสนาม

การติดตั้งเครื่องกล

เซ็นเซอร์ MEMS มีโครงสร้างทางกลที่ถูกระงับซึ่งตอบสนองต่อแรงภายนอก ความเครียดเชิงกลใดๆ ที่ถ่ายโอนผ่าน PCB จะส่งผลต่อการอ่านค่าเซ็นเซอร์ ติดตั้งเซ็นเซอร์ MEMS ให้ห่างจากขอบบอร์ด รูยึด และบริเวณที่มีความเครียดสูง เช่น จุดยึดขั้วต่อ

ใช้ทองแดงแข็งเทใต้เซ็นเซอร์เพื่อความแข็งเชิงกล หลีกเลี่ยงการกําหนดเส้นทางร่องรอยขนาดใหญ่หรือตัดระนาบใต้รอยเท้าเซ็นเซอร์โดยตรง หาก PCB ของคุณมีการงออย่างมีนัยสําคัญระหว่างการประกอบหรือการใช้งาน ให้พิจารณาการออกแบบบอร์ดในบอร์ดที่เล็กลงซึ่งแยกเซ็นเซอร์ออกจากความเครียดเชิงกล

สําหรับต้นแบบที่บัดกรีด้วยมือ ให้หลีกเลี่ยงความร้อนและแรงดันเชิงกลที่มากเกินไประหว่างการประกอบ Reflow profile มีความสําคัญ—ปฏิบัติตามโปรไฟล์ที่แนะนําของผู้ผลิตเซ็นเซอร์อย่างเคร่งครัด อุณหภูมิสูงสุดที่มากเกินไปหรือเป็นเวลานานเหนือ liquidus อาจทําให้โครงสร้างภายในเสียหายได้

การกรองพาวเวอร์ซัพพลาย

ส่วนหน้าแบบอะนาล็อกของเซ็นเซอร์ MEMS มีความไวต่อสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟ วางตัวเก็บประจุเซรามิก 100nF ให้ใกล้กับพิน VDD ของเซ็นเซอร์มากที่สุดเสมอ ใช้อิเล็กทริก X7R หรือ X5R ไม่ใช่ Y5V สําหรับความจุที่เสถียรตลอดอุณหภูมิ

สําหรับการออกแบบที่มีความสําคัญต่อเสียงรบกวน ให้เพิ่มตัวเก็บประจุจํานวนมาก 10μF ใกล้กับเซ็นเซอร์ และพิจารณาลูกปัดเฟอร์ไรต์หรือตัวกรอง LC บนท่อจ่าย ตรวจสอบว่าเอกสารข้อมูลของเซ็นเซอร์ระบุอัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSRR) หรือไม่ ซึ่งอุปกรณ์ที่มี PSRR ไม่ดีจะเสี่ยงต่อสัญญาณรบกวนที่ควบคู่กับแหล่งจ่ายไฟมากกว่า

แยกแหล่งจ่ายไฟแบบอะนาล็อก (VDDA) และแหล่งจ่ายไฟดิจิตอล (VDDIO) ออกจากกันหากเซ็นเซอร์มีอุปกรณ์แยกส่วน การแยกนี้ช่วยป้องกันสัญญาณรบกวนการสลับแบบดิจิตอลไม่ให้การวัดแบบอะนาล็อกเสียหาย

เค้าโครงอินเทอร์เฟซ I2C และ SPI

บัส I2C ควรมีตัวต้านทานแบบอนุกรม (22-33Ω) ใกล้กับอุปกรณ์ขับเคลื่อนเพื่อลดเสียงเรียกเข้าของสัญญาณและ EMI ค่าตัวต้านทานแบบดึงขึ้นขึ้นอยู่กับความจุและความเร็วของบัส—ค่าทั่วไปมีตั้งแต่ 2.2kΩ ถึง 10kΩ การดึงขึ้นที่แข็งแกร่งขึ้น (ความต้านทานที่ต่ํากว่า) รองรับความเร็วที่เร็วขึ้น แต่เพิ่มการใช้พลังงาน

สําหรับอินเทอร์เฟซ SPI ให้ติดตามนาฬิกาและข้อมูลให้สั้นและตรงกับความยาวเพื่อลดความเบ้ หากนาฬิกา SPI ของคุณเกิน 10MHz ให้ใช้การติดตามอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมและพิจารณาตัวต้านทานการสิ้นสุด

หลีกเลี่ยงการกําหนดเส้นทางสัญญาณ I2C หรือ SPI ใกล้กับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ร่องรอยกระแสไฟสูง หรือโครงสร้างเสาอากาศ แหล่งกําเนิดเสียงรบกวนเหล่านี้จับคู่กับอินเทอร์เฟซดิจิทัลที่ละเอียดอ่อนและทําให้เกิดข้อผิดพลาดในการสื่อสาร

การขัดจังหวะและการกําหนดเส้นทาง GPIO

การขัดจังหวะเซ็นเซอร์ MEMS จะส่งสัญญาณการตรวจจับการเคลื่อนไหว การข้ามเกณฑ์ หรือสถานะ FIFO การขัดจังหวะเหล่านี้มักจะปลุก MCU ของคุณจากการนอนหลับ ดังนั้นจึงต้องมีความน่าเชื่อถือ กําหนดเส้นทางสัญญาณขัดจังหวะบนชั้นในหรือป้องกันด้วยร่องรอยกราวด์เพื่อป้องกันการทริกเกอร์ที่ผิดพลาดจาก EMI

อย่าใช้สัญญาณขัดจังหวะสําหรับสิ่งใดยกเว้นอินพุต MCU หลีกเลี่ยงการใช้เน็ตเหล่านี้ร่วมกับฟังก์ชันหรืออุปกรณ์อื่นๆ ตรวจสอบลักษณะทางไฟฟ้าของพินขัดจังหวะ: เซ็นเซอร์บางตัวใช้เอาต์พุตแบบเปิดท่อระบายน้ําที่ต้องมีการดึงขึ้นภายนอก

ข้อควรพิจารณาด้านความร้อน

เซ็นเซอร์ MEMS แสดงการเบี่ยงเบนออฟเซ็ตที่ขึ้นกับอุณหภูมิ หลีกเลี่ยงการวางส่วนประกอบที่สร้างความร้อน (ตัวควบคุมพลังงาน โปรเซสเซอร์ความเร็วสูง กําลัง RF amplifiers) ใกล้กับเซ็นเซอร์ MEMS ของคุณ แม้แต่การให้ความร้อนในตัวเองเพียงไม่กี่องศาจากส่วนประกอบใกล้เคียงก็อาจทําให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดได้

หากไม่สามารถแยกความร้อนได้ ให้ใช้การชดเชยอุณหภูมิในเฟิร์มแวร์โดยใช้เอาต์พุตอุณหภูมิในตัวของเซ็นเซอร์ การสอบเทียบแบบหลายจุดในช่วงอุณหภูมิการทํางานของคุณช่วยได้ แต่จะเพิ่มความซับซ้อนและต้นทุนในการผลิต

6. ข้อผิดพลาดในการออกแบบทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง

หลังจากตรวจสอบการออกแบบเซ็นเซอร์ MEMS หลายร้อยรายการข้อผิดพลาดบางอย่างปรากฏขึ้นซ้ําแล้วซ้ําเล่า นี่คือสิ่งที่ทําให้เกิดความเจ็บปวดมากที่สุด

เพิกเฉยต่อผลกระทบของความเครียดเชิงกล

การดัดงอของ PCB ระหว่างการผลิต การประกอบ หรือการใช้งานจะถ่ายโอนความเครียดไปยังเซ็นเซอร์ MEMS ความเครียดนี้แสดงออกเป็นการเปลี่ยนแปลงออฟเซ็ตหรือการเปลี่ยนแปลงความไว ฉันเคยเห็นการออกแบบที่การอ่านค่ามาตรความเร่งเปลี่ยนไป 50 มก. จากการขันสกรูตู้ให้แน่น

การแก้ไข: แยกเซ็นเซอร์ MEMS ออกจากจุดความเข้มข้นของความเครียดด้วยกลไก ใช้ยางรองหรือปะเก็นระหว่าง PCB และตัวเครื่อง หากผลิตภัณฑ์ของคุณมีการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทกสูง ให้พิจารณาปลูกบริเวณเซ็นเซอร์ด้วยวัสดุที่สอดคล้องกัน

การกรองแหล่งจ่ายไฟไม่เพียงพอ

ตัวควบคุมการสลับและตัวแปลง DC-DC สร้างสัญญาณรบกวนความถี่สูงที่จับคู่เข้ากับอุปกรณ์เซ็นเซอร์ MEMS เสียงรบกวนนี้เพิ่มความไม่แน่นอนในการวัดและลดความละเอียดที่มีประสิทธิภาพ การออกแบบอาจแสดงประสิทธิภาพของม้านั่งที่ยอดเยี่ยมด้วยแหล่งจ่ายไฟในห้องปฏิบัติการที่สะอาด จากนั้นล้มเหลวในการผลิตเนื่องจากแหล่งจ่ายไฟของระบบจริงมีเสียงดัง

การแก้ไข: ทดสอบด้วยแหล่งจ่ายไฟสําหรับการผลิตขั้นสุดท้ายของคุณเสมอ ไม่ใช่อุปกรณ์สําหรับห้องปฏิบัติการ เพิ่มการกรอง LC หรือ RC บนอุปกรณ์จ่ายเซ็นเซอร์หากคุณเห็นการลดลงของประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องกับเสียงรบกวน วัดสัญญาณรบกวนของแหล่งจ่ายไฟที่พินเซ็นเซอร์ด้วยออสซิลโลสโคป อย่าคิดว่าแหล่งจ่ายไฟของคุณสะอาด

ประเมินข้อกําหนดการสอบเทียบต่ําเกินไป

การสอบเทียบจากโรงงานครอบคลุมการชดเชยและความไวที่อุณหภูมิห้อง แต่เซ็นเซอร์ MEMS จะเบี่ยงเบนไปตามอุณหภูมิ อายุ และความเค้นเชิงกล การใช้งานที่ต้องการความแม่นยํามากกว่า 1% โดยทั่วไปจําเป็นต้องมีการสอบเทียบในระบบ

การแก้ไข: ออกแบบการสอบเทียบในกระบวนการผลิตของคุณตั้งแต่เริ่มต้น สําหรับมาตรความเร่ง หมายถึงการวัดเอาต์พุตในหลายทิศทาง (โดยทั่วไปคือหกตําแหน่ง) และการคํานวณข้อผิดพลาดออฟเซ็ตและความไว สําหรับไจโรสโคป ให้วัดการชดเชยอัตราศูนย์ที่อุณหภูมิหลายระดับ งบประมาณ 30-60 วินาทีต่อหน่วยสําหรับการสอบเทียบ—เวลานี้รวมกันในการผลิตในปริมาณมาก

เซ็นเซอร์และข้อกําหนดการใช้งานที่ไม่ตรงกัน

การเลือกเซ็นเซอร์ประสิทธิภาพสูงเมื่ออุปกรณ์พื้นฐานเพียงพอจะสิ้นเปลืองเงินและพลังงาน ในทางกลับกัน การเลือกเซ็นเซอร์ที่ระบุไว้น้อยเกินไปเพื่อให้บรรลุเป้าหมายต้นทุนจะสร้างปัญหาด้านประสิทธิภาพที่อาจไม่ปรากฏขึ้นจนกว่าจะเริ่มการผลิต

การแก้ไข: จดความต้องการที่แท้จริงของคุณสําหรับช่วง ความละเอียด สัญญาณรบกวน แบนด์วิดท์ และพลังงานก่อนซื้อเซ็นเซอร์ เว้นมาร์จิ้นไว้สําหรับการเปลี่ยนแปลงการผลิตและสิ่งแวดล้อมสุดขั้ว แต่อย่าระบุมากเกินไป 10 เท่าเพียงเพื่อความปลอดภัย สร้างต้นแบบด้วยเซ็นเซอร์เป้าหมายของคุณ ไม่ใช่บอร์ดพัฒนา เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง

สมมติฐานการรวมเฟิร์มแวร์

เอกสารข้อมูลเซ็นเซอร์ MEMS มีแผนที่การลงทะเบียนและโปรโตคอลการสื่อสาร แต่ไม่ค่อยอธิบายความแตกต่างของการเริ่มต้นอุปกรณ์อย่างถูกต้องการจัดการเงื่อนไขข้อผิดพลาดหรือการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ผู้ใช้ครั้งแรกมักประสบปัญหากับการกําหนดค่าที่เหมาะสม

การแก้ไข: ใช้รหัสไดรเวอร์ที่ผู้จําหน่ายให้มาเป็นจุดเริ่มต้น แม้ว่าคุณจะวางแผนที่จะเขียนเฟิร์มแวร์แบบกําหนดเองก็ตาม โดยปกติแล้วรหัสผู้จัดจําหน่ายจะจัดการลําดับการเริ่มต้น ข้อกําหนดด้านเวลา และลักษณะเฉพาะของการตั้งค่าคอนฟิกที่ไม่ชัดเจนจากแผ่นข้อมูล เข้าร่วมฟอรัมนักพัฒนาผู้ขายหรือติดต่อฝ่ายสนับสนุนของ FAE หากคุณประสบปัญหาการผสานรวม

เพิกเฉยต่อความมั่นคงในระยะยาว

เซ็นเซอร์ MEMS จะลอยไปตามกาลเวลาเนื่องจากการผ่อนคลายของวัสดุ วิวัฒนาการของความเครียดจากบรรจุภัณฑ์ และการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม เซ็นเซอร์ที่ทํางานได้อย่างสมบูรณ์ในการผลิตครั้งแรกอาจแสดงการเปลี่ยนแปลงออฟเซ็ตอย่างมีนัยสําคัญหลังจากหกเดือนในภาคสนาม

วิธีแก้ไข: ขอข้อมูลความเสถียรในระยะยาวจากผู้จําหน่ายเซ็นเซอร์ของคุณ สําหรับการใช้งานที่สําคัญ ให้ใช้การสอบเทียบด้วยตนเองเป็นระยะ หรือกําหนดให้ผู้ใช้ดําเนินการตามขั้นตอนการสอบเทียบ เซ็นเซอร์ MEMS ขั้นสูงบางรุ่นมีคุณสมบัติการทดสอบตัวเองและการสอบเทียบในตัวที่ช่วยรักษาความถูกต้องตลอดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์

7. คําถามที่พบบ่อย

เซ็นเซอร์ MEMS เอาต์พุตแบบอะนาล็อกและดิจิตอลต่างกันอย่างไร

เซ็นเซอร์เอาต์พุตแบบอะนาล็อกให้แรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนของพารามิเตอร์ที่วัดได้ ซึ่งต้องใช้ ADC ภายนอกสําหรับการประมวลผลแบบดิจิทัล เซ็นเซอร์เอาต์พุตดิจิตอลรวม ADC และสื่อสารผ่าน I2C หรือ SPI เซ็นเซอร์ดิจิตอลช่วยลดความยุ่งยากในการออกแบบและลดจํานวนส่วนประกอบ แต่เซ็นเซอร์แบบแอนะล็อกสามารถให้เวลาแฝงที่ต่ํากว่าและเชื่อมต่อกับสายสัญญาณแอนะล็อกได้ง่ายกว่า สําหรับการออกแบบที่ทันสมัยที่มีการรวม MCU เซ็นเซอร์ดิจิตอลมักจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า เว้นแต่คุณจะมีข้อกําหนดการประมวลผลแบบอะนาล็อกที่เฉพาะเจาะจง

ฉันจะคํานวณช่วงมาตรความเร่ง MEMS ที่จําเป็นสําหรับการใช้งานของฉันได้อย่างไร

เพิ่มแหล่งที่มาของการเร่งความเร็วทั้งหมดที่อุปกรณ์ของคุณประสบ: แรงโน้มถ่วง (1g) การเคลื่อนไหวที่ตั้งใจไว้ (เช่น 3g สําหรับการตรวจจับท่าทาง) และเหตุการณ์การกระแทก/การกระแทก (อาจอยู่ที่ 10-100g ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์) เพิ่มมาร์จิ้น 20-30% สําหรับสภาวะที่ไม่คาดคิด ตัวอย่างเช่น เครื่องติดตามฟิตเนสอาจประสบกับแรงโน้มถ่วง 1 กรัม + 2 กรัมจากการเคลื่อนไหวของแขน + การตกกระแทก 10 กรัม ซึ่งแนะนําเซ็นเซอร์ ±16 กรัมที่มีระยะขอบ อย่าลืมว่าการใช้งานเครื่องวัดความเอียงจําเป็นต้องแก้ไขส่วนประกอบของแรงโน้มถ่วง ดังนั้นช่วงที่สูงขึ้นจึงช่วยลดความละเอียดในการเอียง

ฉันสามารถใช้เซ็นเซอร์ MEMS เดียวกันกับผลิตภัณฑ์หลายรุ่นที่มีข้อกําหนดต่างกันได้หรือไม่

บางครั้ง แต่ระวัง เซ็นเซอร์ MEMS จํานวนมากมีช่วงที่ตั้งโปรแกรมได้ การตั้งค่าตัวกรอง และโหมดพลังงานที่ช่วยให้อุปกรณ์หนึ่งเครื่องรองรับกรณีการใช้งานที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพสูงสุดมักจะต้องใช้เซ็นเซอร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ มาตรความเร่งที่มีเสียงรบกวนต่ําและใช้พลังงานต่ําสําหรับการนับก้าวจะไม่สามารถจัดการกับการตรวจจับการชนที่มี g สูงได้ดี ประเมินว่าเซ็นเซอร์ตัวเดียวตรงตามข้อกําหนดทั้งหมดอย่างแท้จริงหรือไม่ หรือคุณกําลังลดประสิทธิภาพเพื่อลดความซับซ้อนของ BOM หรือไม่

อะไรเป็นสาเหตุของการดริฟเซ็ตออฟเซ็ตอัตราศูนย์ของไจโรสโคป MEMS

ออฟเซ็ตอัตราศูนย์ (การอ่านเอาต์พุตเมื่อเซ็นเซอร์ไม่หมุน) จะดริฟท์เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ อุณหภูมิเป็นปัจจัยที่ใหญ่ที่สุด - การชดเชยไจโรมักจะเปลี่ยน 0.01-0.1°/s ต่อองศาเซลเซียส การดริฟท์นี้ประกอบกันในแอปพลิเคชันการคํานวณที่ตายแล้วทําให้การประมาณตําแหน่งแตกต่างไปตามกาลเวลา ไจโรสโคปที่ดีกว่ามีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิที่ต่ํากว่าและการชดเชยอุณหภูมิในตัว แต่ไม่มีไจโร MEMS ที่ปราศจากการดริฟท์ การทํางานในระยะยาวจําเป็นต้องปรับศูนย์ใหม่เป็นระยะโดยใช้การอ้างอิงภายนอก (GPS, เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก หรือการตรวจจับแบบอยู่กับที่)

ฉันควรใช้อัลกอริธึมฟิวชั่นเซ็นเซอร์ของตัวเองหรือใช้ไลบรารีของผู้ขายหรือไม่

อัลกอริธึมฟิวชั่นเซ็นเซอร์ที่ผู้ขายจัดหาให้ (เช่น BSX ของ Bosch, MotionFX ของ ST หรือ Digital Motion Processor ของ InvenSense) ช่วยประหยัดเวลาในการพัฒนาได้มากและได้รับการทดสอบอย่างดีในหลายล้านยูนิต ใช้เว้นแต่คุณจะมีข้อกําหนดเฉพาะที่ไม่ตรงตาม หรือคุณกําลังสร้างความได้เปรียบในการแข่งขันผ่านอัลกอริทึมที่กําหนดเอง การใช้ฟิวชั่นเซ็นเซอร์ที่มีประสิทธิภาพตั้งแต่เริ่มต้นจําเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการกรอง Kalman คณิตศาสตร์ควอเทอร์เนียน และการทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริงอย่างกว้างขวาง งบประมาณ 3-6 เดือนของเวลาวิศวกรรมหากไปกําหนดเอง

ฉันจะเลือกระหว่างมาตรความเร่ง MEMS แบบ capacitive และ piezoelectric ได้อย่างไร

มาตรความเร่ง MEMS แบบ Capacitive วัด DC ได้หลาย kHz ใช้พลังงานต่ํา และครอบงําการใช้งานสําหรับผู้บริโภค/อุตสาหกรรม เครื่องวัดความเร่งแบบเพียโซอิเล็กทริกมีเอาต์พุตแบบ AC ควบคู่ (ไม่สามารถวัดความเอียงแบบคงที่ได้) แบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น (DC ถึง 10kHz+) และประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในการตรวจสอบการสั่นสะเทือน เลือก capacitive สําหรับการตรวจจับการเอียง การติดตามการวางแนว หรือการวัดแบบก้าวเท้า เลือกเพียโซอิเล็กทริกสําหรับการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน การตรวจจับแรงกระแทก หรือการตรวจสอบโครงสร้างความถี่สูง

ฉันควรทําการทดสอบอะไรเพื่อตรวจสอบการรวมเซ็นเซอร์ MEMS

อย่างน้อยที่สุด: ตรวจสอบการสื่อสาร (อ่าน WHO_AM_I รีจิสเตอร์หรือเทียบเท่า) ตรวจสอบเอาต์พุตที่ทิศทางที่ทราบ (มาตรความเร่ง) ตรวจสอบการชดเชยอุณหภูมิตลอดช่วงการทํางานของคุณทดสอบฟังก์ชันการขัดจังหวะวัดการใช้พลังงานในโหมดการทํางานทั้งหมดและทําการทดสอบ ESD บนพินเซ็นเซอร์ สําหรับการผลิต ให้ใช้การสอบเทียบอัตโนมัติและการทดสอบการทํางาน งบประมาณสําหรับการทดสอบด้านสิ่งแวดล้อม (การหมุนเวียนอุณหภูมิ การสัมผัสกับความชื้น การกระแทกทางกล) หากแอปพลิเคชันของคุณมีข้อกําหนดด้านความน่าเชื่อถือนอกเหนือจากการใช้งานทั่วไปของผู้บริโภค

การหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทานส่งผลต่อความพร้อมใช้งานของเซ็นเซอร์ MEMS อย่างไร

เซ็นเซอร์ MEMS ต้องการกระบวนการผลิตเฉพาะทาง และผู้ขายส่วนใหญ่ดําเนินการโรงงานของตนเอง (STMicroelectronics, Bosch Sensortec) หรือใช้โรงหล่อ MEMS โดยเฉพาะ (Silex, Teledyne DALSA) การบูรณาการในแนวตั้งนี้ให้ความเสถียรของห่วงโซ่อุปทานที่ดีเมื่อเทียบกับบริษัทที่ไม่มี fabless ล้วนๆ แต่ระยะเวลารอคอยสินค้ายังคงสามารถขยายได้ถึง 20-30 สัปดาห์ในช่วงที่มีความต้องการสูง สร้างความสัมพันธ์กับผู้จัดจําหน่ายที่ได้รับอนุญาต มุ่งมั่นที่จะคาดการณ์ปริมาณ และรักษาสต็อกบัฟเฟอร์ 3-6 เดือนสําหรับการออกแบบการผลิต พิจารณาการจัดหาแบบคู่สําหรับผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณมาก แต่ตรวจสอบประสิทธิภาพอย่างรอบคอบ เซ็นเซอร์ MEMS จากผู้จําหน่ายหลายรายไม่ค่อยทํางานเหมือนกันแม้จะมีข้อมูลจําเพาะที่คล้ายคลึงกัน

8. สรุป

การเลือกเซ็นเซอร์ MEMS ที่เหมาะสมจําเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพทางเทคนิค การใช้พลังงาน ต้นทุน และการพิจารณาห่วงโซ่อุปทาน เริ่มต้นด้วยการกําหนดข้อกําหนดการใช้งานของคุณอย่างชัดเจน: ช่วงการวัด ความละเอียด แบนด์วิดท์ ช่วงอุณหภูมิ และงบประมาณด้านพลังงาน ใช้ข้อกําหนดเหล่านี้เพื่อจํากัดขอบเขตให้แคบลงเหลือผู้สมัครเพียงไม่กี่คน จากนั้นสร้างต้นแบบด้วยตัวเลือกอันดับต้น ๆ ของคุณเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง

อย่าประมาทความท้าทายในการผสานรวม เค้าโครง PCB การแยกความเครียดเชิงกล และการรวมเฟิร์มแวร์ล้วนส่งผลต่อเซ็นเซอร์ MEMS ของคุณให้ประสิทธิภาพของแผ่นข้อมูลในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของคุณหรือไม่ เวลางบประมาณสําหรับการพัฒนาการสอบเทียบและการทดสอบการตรวจสอบความถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากแอปพลิเคชันของคุณต้องการความแม่นยํามากกว่า 5%

สําหรับการใช้งานในตลาดยานยนต์ การแพทย์ หรืออุตสาหกรรม ให้ติดต่อกับผู้จําหน่ายเซ็นเซอร์ตั้งแต่เนิ่นๆ ในวงจรการออกแบบของคุณ การสนับสนุนของ FAE สามารถช่วยคุณนําทางข้อกําหนดคุณสมบัติ ทําความเข้าใจลักษณะความเสถียรในระยะยาว และปรับการออกแบบของคุณให้เหมาะสมสําหรับความสามารถในการผลิต

หากคุณกําลังสรุปการเลือกส่วนประกอบสําหรับโครงการที่กําลังจะมาถึง ให้ดาวน์โหลดเอกสารข้อมูลโดยละเอียดสําหรับเซ็นเซอร์ที่ผ่านการคัดเลือกและตรวจสอบบันทึกการใช้งานเฉพาะสําหรับตลาดเป้าหมายของคุณ ผู้จําหน่าย MEMS ส่วนใหญ่มีการออกแบบอ้างอิงและบอร์ดประเมินผลที่ช่วยให้คุณสร้างต้นแบบได้อย่างรวดเร็ว สําหรับคําถามเกี่ยวกับการผสานรวมที่ซับซ้อนหรือข้อกําหนดแบบกําหนดเอง โปรดติดต่อฝ่ายสนับสนุนด้านเทคนิค ผู้ขายต้องการให้การออกแบบของคุณประสบความสําเร็จและโดยทั่วไปจะตอบสนองต่อคําถามทางวิศวกรรมของแท้